핵 세계 탐험: Gertrude Scharff-Goldhaber의 삶과 과학

어떤 사람들은 어릴 때부터 자신이 과학자가 되고 싶고 충분한 능력과 노력을 기울이면 그 목표에 도달할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 거트루드 샤프 (Scharff-Goldhaber가 결혼한 후) 이른 부름을 느꼈습니다. 그리고 그녀는 그것을 성취할 수 있는 능력이 있었지만 과학적 성공을 향한 그녀의 길에는 개인적인 어려움과 직업적인 장애물 이상의 것이 있었습니다.

14년 1911월 XNUMX일 독일계 유대인 가정에서 태어난 그녀는 제XNUMX차 세계 대전, 전후 독일의 격변, 히틀러의 부상을 겪었습니다. 뮌헨 대학교에서 물리학 박사 학위를 취득한 후 그녀는 남성이 지배하는 직업에 진출하려고 했습니다. 그녀는 나치즘을 피해 영국으로 이주하면서 어려움을 겪었습니다. 그리고 그녀가 물리학자인 남편과 함께 미국에서 새로운 삶을 구축하려 했을 때, 그녀는 엄격한 족벌주의의 규칙이 그녀의 경력을 방해했기 때문에 여전히 과학자 일자리를 찾기 위해 고군분투했습니다.

그러나 그녀는 인내했고, 그 분야에서 몇 안 되는 선구적인 여성 중 한 명인 매우 존경받는 핵물리학자로 자리매김했습니다. 그녀의 연구는 핵분열에 대한 이해를 발전시켰고 핵 구조 이론에 기여했습니다. 그녀의 업적은 1972년 국립 과학 아카데미에 선출된 세 번째 여성 물리학자가 되면서 인정을 받았습니다. 그녀는 또한 젊은 과학자들을 격려하고 과학 교육을 옹호하기 위해 과학계 여성 옹호자로 잘 기억됩니다.

불길한 시절, 뛰어난 학생

그녀의 친구들과 가족들에게 Trude로 알려진 Scharff의 독일에서의 어린 시절은 1918차 세계 대전, 정치적 불안, 1933년 독일의 패배 이후 경제적으로 파멸적인 초인플레이션을 포함하는 격동의 시기였습니다. XNUMX세의 나이에 그녀는 공산주의 혁명가들이 그녀의 가족이 살았던 뮌헨 거리의 군대. 나중에 그녀는 톱밥으로 부피가 커진 빵을 먹었던 것을 기억할 것입니다. 히틀러가 XNUMX년 집권하면서 독일 유대인들에게 불길한 예감과 함께 혼란이 계속되었습니다.

이 모든 과정에서 Scharff는 합당한 교육을 받았습니다. 그녀의 아들 Michael의 회고록에 따르면 그녀는 엘리트 여고에 다녔습니다. 뛰어난 학생인 그녀는 물리학에 대한 관심을 키웠습니다. 그녀의 아버지는 그녀가 가업 경영을 준비하기 위해 법학을 공부하기를 바랐지만 그녀는 나중에 그녀가 말했듯이 "세상이 무엇으로 구성되어 있는지 이해"하는 데 더 열심이었습니다.

그녀의 목표를 향해 나아가는 Scharff는 1930년에 뮌헨 대학교에 입학했습니다. 1922년에 자기장에서 양자화된 스핀의 존재를 확립한 Stern-Gerlach 실험. 응축 물질 물리학에 대한 그녀의 연구는 강자성을 다루었습니다.

그러나 외부 사건은 그녀의 계획과 삶을 완전히 바꿔 놓았습니다. 나치즘이 확산되자 샤르프는 동료들에게 배척당했고 독일계 유대인들은 나라를 떠나기 시작했습니다. 그러나 그녀는 자신의 연구를 잘 수행했습니다. 그녀는 1990년에 면접관에게 이렇게 말했습니다. “더 일찍 떠났어야 했어요. 하지만 논문을 시작했으니 끝내야겠다는 생각이 들었습니다.”

그녀는 1935년에 끝냈지만 그녀는 그것을 매우 가깝게 잘라냈습니다. 그해에 뉘른베르크 법이 제정되어 처음에는 유태인, 나중에는 로마니와 흑인 독일인을 "열등한 인종"이자 "국가의 적"으로 규정했습니다. 그들은 사실상 독일 사회에서 금지되었고 법률 위반에 대해 가혹한 처벌을 받았습니다. 반유대주의 폭력이 증가했고 Scharff의 부모는 나중에 홀로코스트에서 사망했습니다.

샤프는 독일에서 탈출해야 할 때가 확실하다는 사실을 깨닫고 다른 곳에서 일자리를 구하는 난민 과학자 35명에게 편지를 썼습니다. 거의 모든 사람들이 그녀에게 오지 말라고 했습니다. 왜냐하면 이미 난민 과학자들이 넘쳐났기 때문입니다. 모리스 골드하버, 그녀가 독일에서 만난 젊은 오스트리아-유대인 물리학자. Ernest Rutherford 밑에서 케임브리지 대학교에서 박사 과정을 밟으면서 그는 영국에서 기회가 있을 수 있다고 생각했습니다. 런던으로 이사한 Scharff는 1개월 동안 그녀의 결혼 트루소의 일부인 귀중한 소유물인 정밀 광학으로 잘 알려진 라이카 카메라를 판매하고 독일어에서 영어로 기사를 번역하여 생계를 유지했습니다. 그런 다음 그녀는 George Thomson이 이끄는 Imperial College London에서 일하면서 전자 회절을 연구했습니다.937년 결정의 효과를 발견한 공로로 클린턴 데이비슨과 함께 노벨상을 받았다.), 그러나 독립적인 연구 위치를 찾지 못했습니다.

1939년에 그녀의 전망은 좋아졌다. Scharff는 Goldhaber와 결혼하여 Scharff-Goldhaber가 되었고 부부는 미국으로 이주했습니다. Goldhaber는 University of Illinois-Urbana에서 교수직을 맡았지만 Scharff-Goldhaber는 본격적인 학술 과학자가 될 수 없었습니다. 그녀는 남편의 연구실에서 무보수 조교로만 연구를 할 수 있었습니다. 이것은 그녀를 응축 물질 물리학에서 핵 물리학 분야로 옮겼습니다. 이러한 상황에서 작성된 1940년대 Scharff-Goldhaber의 논문은 그녀가 전환을 훌륭하게 처리했음을 보여줍니다. 그러나 그녀는 일리노이에서 완전한 교수진 지위에 도달하지 못했습니다.

롱아일랜드의 새로운 연구소

1950년이 되어서야 Scharff-Goldhaber와 그녀의 남편은 함께 진정한 연구실을 찾았습니다. Brookhaven 국립 연구소 (BNL)은 XNUMX년 전에 설립되었습니다. 오늘날 미국 에너지부 시설인 연구소의 원래 임무는 원자력의 평화적 사용을 추구하는 것이었습니다. 이후 과학적 노력은 다양해졌지만 핵 및 고에너지 물리학은 연구 활동의 일부로 남아 있습니다.

그녀의 임명으로 Scharff-Goldhaber는 BNL 최초의 여성 물리학자가 되었고 학위를 취득한 지 15년 만에 마침내 전문 연구원으로 봉급을 받았습니다. 그럼에도 불구하고 그녀는 그녀의 아들 마이클이 "마지못해 받아들인다"고 묘사한 분위기에서 활동했습니다. Goldhaber는 "선임 과학자"로 고용되어 자신의 연구 그룹을 운영했지만 Scharff-Goldhaber는 단순히 그의 그룹 내에서 과학자로 분류되었습니다. (Goldhaber는 결국 1961~1973년 연구소장으로, Scharff-Goldhaber는 수석 과학자로 승진했습니다.)

BNL에서 전문 과학 지위를 가진 유일한 여성인 Scharff-Goldhaber에게는 여성 과학 동료가 없었습니다. 연구실과 관련된 대부분의 여성은 1950년대에 전통적인 역할을 담당했던 남성 과학자의 일하지 않는 아내였습니다. Michael과 Alfred라는 두 자녀와 함께 Scharff-Goldhaber는 비슷한 책임을 맡았습니다. 그러나 사교 행사에서 그녀는 여성과 육아에 대해 이야기하기보다 남성과 물리학에 대해 이야기할 가능성이 더 컸습니다. 이 남성 환경 내에서 그녀는 BNL 원자로 또는 Van de Graaff 가속기에서 그녀의 연구에 필요한 동위 원소를 생산하는 지원 직원 및 동료들과 좋은 관계를 형성했습니다.

핵분열, 그리고 근본적인 실험

독립적인 과학자가 되려고 노력하던 1930년대를 제외하고 Scharff-Goldhaber는 가족의 의무를 다하면서 활발한 연구 및 출판 속도를 유지했습니다. 1936년에 그녀는 자신의 논문에서 "퀴리 점 위의 자화에 대한 응력의 영향"을 발표했습니다. 그녀의 다음 논문은 1940년 후인 30년 일리노이에서 핵물리학으로 전환하면서 시작되었고 BNL에 완전히 정착할 때까지 60개 이상의 논문을 더 썼습니다. 그 후 XNUMX년 동안 그녀는 약 XNUMX편의 논문을 더 발표했습니다. 물리적 검토, 및 회의 절차에 대한 기여.

레오 실라르드: 핵무기를 구상했지만 나중에 핵무기 사용을 반대한 물리학자

1940년대에 일리노이에서 그녀의 연구에서 나온 몇몇 논문은 자발적인 핵분열에 관한 논문을 포함하여 특히 주목할 만합니다. 1938년에 Lise Meitner와 Otto Frisch는 중성자로 충격을 받은 우라늄 핵이 둘로 갈라져 많은 에너지를 방출할 수 있음을 발견했습니다. 중성자 유도 핵분열이 자급자족할 수 있다면 엄청나게 파괴적인 무기를 생산할 수 있습니다. 전쟁이 다가오자 유럽과 미국의 물리학자들은 나치가 먼저 답을 찾지 않기를 바라며 자급자족 핵분열을 조사했습니다.

1942년 Scharff-Goldhaber는 자발적인 핵분열을 겪는 우라늄이 에너지와 함께 중성자를 방출한다는 것을 처음으로 직접 보여주었습니다. 이 중성자는 더 많은 핵과 더 많은 에너지를 활성화할 수 있습니다. 연쇄 반응은 핵폭발이 될 수 있습니다. 이와 같은 데이터는 1942년 맨해튼 프로젝트에 의해 원자폭탄이 만들어졌을 때 세계 최초의 자가 제어 핵 반응을 달성하는 데 매우 중요했습니다. Scharff-Goldhabers는 아직 미국 시민이 아니었기 때문에 프로젝트의 일부가 아니었지만 그녀의 결과는 관련 과학자들에게 비밀리에 배포되었고 전쟁 후에 출판되었습니다.물리. 신부님. 70 229).

1948년에 발표된 별도의 논문(물리학 신부님. 73 1472), Scharff-Goldhabers는 근본적인 질문에 함께 답했습니다. 베타선은 전자와 정확히 같은 것입니까? 1897년 JJ Thomson이 음극선에서 발견한 전자는 알려진 최초의 소립자였습니다. 몇 년 후인 1899년에 Rutherford는 새로운 방사능 현상을 연구하고 있었고 베타선이라고 하는 알려지지 않은 방출을 발견했습니다. 이들은 동일한 전하 대 질량 비율을 가진 하전 입자로 판명되었습니다. 여자 이름 전자로 확인되었습니다. 그러나 질문은 남아 있습니다. 베타선과 전자가 스핀과 같은 다른 속성에서 다를 수 있습니까?

Scharff-Goldhabers는 다음을 사용하여 이 가설을 영리하게 테스트했습니다. 파울리 배제 원칙, 그들은 "특성이 전혀 다르면 한 쌍의 입자에 대해 유지되지 않을 것"이라고 썼습니다. 실험에서 그들은 베타선으로 납 샘플을 조사했습니다. 이것이 전자와 동일하지 않다면 파울리 원리를 따르지 않을 것입니다. 그런 다음 그들은 납 원자에 의해 포획되어 이미 전자로 채워진 경계 궤도에 진입하고 가장 낮은 궤도로 전환하여 X선을 방출합니다. 베타선과 전자가 동일하다면 전자는 원자 궤도에 진입하여 X선을 생성하는 것이 금지됩니다. 실험 결과 예상 에너지에서 X선이 검출되지 않아 베타선이 방사성 핵에서 방출되는 전자임을 확인했다.

들뜬 핵과 "매직" 숫자

1950년대 초 BNL에서 시작하여 Scharff-Goldhaber는 주기율표 전체에서 여기된 핵의 속성에 대한 체계적인 그림을 형성하는 그녀의 경력에 ​​걸친 프로젝트를 시작했습니다. "저에너지" 핵물리학에서 일하려는 그녀의 계획은 거대하고 새로운 입자 가속기가 기본 입자를 조사하는 "고에너지" 물리학에 대한 그녀의 남편의 증가하는 관심과 달랐습니다. 그들의 아들 Michael에 따르면 Scharff-Goldhaber의 별도의 길은 그의 아버지가 실험가로서 그녀의 뛰어난 능력을 박탈했습니다. 그러나 그는 "분열이 가족의 저녁 식사 대화가 이전과 마찬가지로 핵물리학에 초점을 맞추는 것을 막지는 못했으며 주로 아이들을 당혹스럽게 만들었습니다"라고 덧붙였습니다. (나중에 그와 Alfred는 각각 이론 입자 물리학에서 박사 학위를 받았습니다.)

당시 흥분된 핵의 행동은 이제 막 파악되기 시작했습니다. 양성자와 중성자의 이 조밀한 수프는 핵력에 의해 함께 결합된 입자의 집합으로 볼 수 있으며, 전체 신체의 회전 또는 진동으로 표현되는 에너지를 가진 매체를 형성합니다. 그러나 소위 "껍질 모델"에서 핵은 핵자가 에너지 준위를 차지하는 양자 시스템으로 간주되었으며, 이는 원자의 전자가 차지하는 개별 준위 또는 "껍질"과 유사합니다. 각각의 접근 방식은 성공했습니다. 핵을 액체로 취급하면 그것이 어떻게 변형되고 핵분열을 겪을 수 있는지 이해하게 되었습니다. 쉘 모델은 특정 또는 "마법”, 양성자 또는 중성자 수 (2, 8, 20, 28…)은 예외적으로 안정적이며, 다시 원자의 채워진 전자 껍질과 유사합니다.

그러나 실험이 쉘 모델을 실제로 지원하는지 또는 각 접근 방식을 가장 잘 적용할 수 있는지는 명확하지 않았습니다. 다양한 핵에 대한 Scharff-Goldhaber의 광범위한 연구는 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다. 그녀의 작업은 마침내 두 가지 접근 방식을 연결하는 이론을 개발하는 데 중요했습니다. 1975년 노벨 물리학상을 공유하는 Aage Niels Bohr, Ben Mottelson 및 Leo Rainwater.

1950년대에 Scharff-Goldhaber는 여기된 핵의 에너지 대 중성자 수를 측정하고 껍질 구조가 에너지에 영향을 미치며 매직 넘버에서 최고조에 달한다는 것을 보여주었습니다. 그녀는 또한 중성자 수가 증가함에 따라 에너지 준위가 변칙적으로 변하는 것을 지적했으며, 이는 핵의 모양 변화와 관련이 있습니다. 나중에 그녀는 자신의 "가변 관성 모멘트”(VMI) 모델은 주기율표 전체의 에너지에 대한 추가 통찰력을 제공하기 위해 핵의 모양을 사용했습니다.

핵 이론에 대한 그녀의 공헌 외에도, 이 시대의 Scharff-Goldhaber의 연구에는 특이한 특징이 있었습니다. 그녀는 아들 Alfred와 함께 VMI 모델에 대한 두 개의 논문을 썼습니다.물리. Lett. 24, 1349 ; 물리학 C 목사 17, 1171).

그녀는 또한 각 핵이 양성자 수 대 중성자 수의 3차원 플롯에 배치되는 표준 핵종 차트를 확장하여 데이터 분석을 향상했습니다. Scharff-Goldhaber는 차트의 적절한 위치에 각 핵종에 대한 최저 여기 에너지에 비례하는 길이의 수직 막대를 붙였습니다. XNUMXD 컴퓨터 시각화를 일상적으로 사용하기 훨씬 전에 이것은 사이의 에너지 변화와 같은 중요한 특징을 발견하는 데 엄청난 도움이 되었습니다. N = 88 및 N = 90.

그녀의 연구와 함께 Scharff-Goldhaber는 과학 분야의 여성을 돕고 과학 교육 및 과학 커뮤니티에 기여할 방법을 찾았습니다. 많은 전문적인 참여 중에서 그녀는 미국 물리 학회(APS)에서 물리학 여성의 지위와 대학 전 물리학 교육에 전념하는 위원회에서 봉사했습니다. 그녀는 남성과 여성 모두 초기 경력 과학자들에게 다가가는 것으로도 유명했습니다. 하나는 1977년 노벨 생리의학상을 공동 수상한 일리노이주 골드하버의 박사 과정 학생인 로잘린 얄로우(Rosalyn Yalow) 방사성면역측정법을 발명했습니다. Yalow는 그녀의 고문과 Scharff-Goldhaber 모두에게 "지원과 격려"를 했다고 말했습니다. Scharff-Goldhaber는 또한 BNL의 지적 분위기를 넓혔습니다. Brookhaven 강의 시리즈, Richard Feynman과 같은 저명한 연사가 등장합니다. 

은퇴했지만 여전히 연구 중

Scharff-Goldhaber는 BNL에서 비교적 늦게 시작했고 오랫동안 연구를 계속할 준비가 되어 있었지만 당시의 엄격한 퇴직법으로 인해 1977년 66세의 나이로 공식적으로 고용이 종료되었습니다. 그가 "미묘한 성 차별 주의자"라고 부르는 방식. 그럼에도 불구하고 그녀는 1988년까지 무보수로 다른 과학자들과 협력하고 연구 논문을 공동 집필했습니다. 그러나 건강이 좋지 않아 활동이 제한되었을 때 그녀는 자신이 할 수 있는 일에 감사하고 만족을 구했고, 86년 1998세의 나이로 사망했습니다. XNUMX.

1990년에 Scharff-Goldhaber를 인터뷰한 저널리스트는 그녀의 "부드럽지만 끈질긴 결단력"을 언급했습니다. 아마도 그녀가 연구 경력의 장벽을 극복할 수 있었던 바로 그 성격 특성일 것입니다. 2016년에 마이클은 어머니의 삶을 되돌아보며 어머니를 "독특한 고의와 완고함, 어머니가 자주 반대하는 세상에서 성공적인 경력을 추구하는 데 확실히 필요한 특성을 가진 사람"이라고 묘사했습니다.

아마도 Scharff-Goldhaber는 이러한 평가에 동의할 것입니다. 하지만 적용된다고 생각하는 또 다른 평가가 있습니다. 1972년, 아이작 아시모프(Isaac Asimov)의 원자력에 관한 책을 검토하면서 Scharff-Goldhaber는 과학의 진보는 무엇보다도 "사물의 바닥에 도달하려는 불타는 열망에 기반한다"고 썼습니다. 그 말을 쓰면서 그녀는 자신의 삶이 그 정신을 완벽하게 구현하고 있다고 반성했습니까?

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• 출처: https://physicsworld.com/a/exploring-the-nuclear-world-the-life-and-science-of-gertrude-scharff-goldhaber/